[發明專利]一種全方位寬頻帶柔性介電彈性叉指換能器及制作方法

在審

• 申請號: 201910048342.3
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109714018A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 王自平;駱英;徐晨光;袁福國;許伯強;蔣政軒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/125
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種全方位寬頻帶柔性介電彈性叉指換能器及制作方法，包括柔性DE基底，為圓盤狀；柔順環形叉指電極，設置于柔性DE基底的表面，柔順環形叉指電極包括：正極叉指電極和負極叉指電極，正極叉指電極與負極叉指電極呈相互嵌套的環形叉指狀，從柔順環形叉指電極的圓心沿著徑向向外，柔順環形叉指電極中每相鄰兩個電極之間的間距逐漸增大，本發明可實現被測構件中超聲波信號的全方位驅動與傳感；通過改變電極間距的變化可實現IDT寬頻帶的特性，使得頻帶寬具有可設計性，從而可實現導波模態選擇，提高工程結構損傷檢測中有效信號的識別率。

技術領域

本發明涉及電子器件領域，尤其涉及一種全方位寬頻帶柔性介電彈性叉指換能器及制作方法。

背景技術

在適用于大面積板結構健康監測(Structural Health Monitoring，SHM)的方法和相關技術中，諸多先進的信號處理方法依然存在人為干擾因素較大、應用范圍狹窄等諸多不足。電聲轉換的換能器件因其特有的傳遞結構安全信息的功能已逐漸成為SHM系統中的關鍵組成部分。既有的結構健康監測(Structural Health Monitoring，SHM)系統始終具有更進一步提高其檢測靈敏度和精度的需求，探索可用于大面積復合材料的具有全方位發射和接收、寬頻且模態可選擇功能的柔性叉指式導波換能器可為實現實時快速SHM解決關鍵性的技術障礙。

就換能器的基體材料而言，現行的采用壓電陶瓷(Piezoelectric，PZT)換能器激勵超聲導波具有壓電應變常數較高、響應快、性能穩定等優點，但其先天性的帶有脆性、力電性能可設計性差，使其難于集成或粘貼于復雜形狀結構表面，嚴重影響其應用范圍。另外，用于導波激勵的斜壓楔形換能器、梳狀傳感器和電磁聲換能器(ElectromagneticAcoustic Transducer，EMAT)在離線維護檢查中能發揮較好的功能，但因其尺度較大，不是柔性材料，難以集成于結構上，所以一般只能用于離線檢測。

此外，就換能器的構造設計而言，叉指式換能器(Interdigital Transducer，IDT)的叉指結構是用于SHM系統中產生定向導波的最基本形式，然而，現有技術中的IDT設計中仍存在著諸多不足，如具較窄的頻帶寬和信號傳播的單一方向性等，為適應更小的損傷檢測尺度，需要巧妙的換能器結構設計以提高帶寬，并實現全方位的驅動和傳感。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種全方位寬頻帶柔性介電彈性叉指換能器及制作方法，使得頻帶寬具有可設計性，并能夠實現全方位的信號傳播。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種全方位寬頻帶柔性介電彈性叉指換能器，包括：

柔性DE基底，為圓盤狀；

至少一個柔順環形叉指電極，設置于柔性DE基底的表面，其中所述柔順環形叉指電極包括：

正極叉指電極，包括正極外接端和多個相互平行的正電極，多個所述正電極的一端均與正極外接端連接；

負極叉指電極，包括負極外接端和多個相互平行的負電極，多個所述負電極的一端均與負極外接端連接；

所述正極叉指電極與所述負極叉指電極呈相互嵌套的環形叉指狀，從所述柔順環形叉指電極的圓心沿著徑向向外，所述柔順環形叉指電極中每相鄰兩個電極之間的間距逐漸增大。

優選地，所述柔順環形叉指電極的個數為一個，所述柔順環形叉指電極與所述柔性DE基底同圓心。

優選地，還包括控制開關和驅動器，所述柔順環形叉指電極的個數為多個，多個所述多個柔順環形叉指電極以所述柔性DE基底的圓心為中心，沿圓周方向均布于所述DE基底的表面，多個柔順環形叉指電極由集成線路連接，所述控制開關與所述集成線路連接，所述驅動器與所述控制開關連接。